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纳米技术与纳米材料 纳米技术是近十年来蓬勃兴起的新科技， 纳米技术是一种在纳米尺度空间内 的生产方式和工作方式。 纳米技术的内涵非常广泛， 它包括纳米材料的制造技术， 纳米材料向各个领域应用的技术 (含高科技领域 )，在纳米空间构筑一个器件 ,实现 对原子、分子的翻切、 操作以及在纳米微区内对物质传输和能量传输新规律的认 识等等。纳米技术作为一门崭新的、面向 21 世纪的科学技术 ,它已渗透于精细化 工的方方面面， 逐步形成纳米精细化工学， 可以预言， 随着纳米科学技术的飞速 发展，会有越来越多的新型纳米材料在精细化工方面得到广泛的应用， 精细化工 学也会发生巨大的变革。 第一节 概 述 一、纳米技术与纳米材料的概念 1．纳米技术 纳米科学技术是研究在千万分之一米 (10-8)到亿分之一米 (10-9 米) 内，原子、 分子和其它类型物质的运动和变化的学问； 在这一尺度范围内对原子、 分子进行 操纵和加工称为纳米技术。 我国纳米科学家， 国家重点基础研究计划 （973 计划） 纳米材料和纳米结构项目首席科学家、 中国科学院固体物理研究所张立德研究员 作了总结性的定义：“纳米科技是研究由尺寸在 0.1～100nm 之间的物质组成的 体系的运动规律和相互作用，以及可能的实际应用中的技术问题的科学技术”。 纳米技术包括的内容有： 创造和制备优异性能的纳米材料； 设计、制备各种 纳米器件和装置；探测和分析纳米区域的性质和现象。 2 ．纳米材料 纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级 (10-9 米 )的超细材料。 它的微粒尺寸大于原 子簇，小于通常的微粒，一般为 0.1～102nm。它包括体积分数近似相等的两个 部分：一是直径为几个或几十个纳米的粒子， 二是粒子间的界面。 前者具有长程 序的晶状结构，后者是既没有长程序也没有短程序的无序结构。 在纳米材料中，纳米晶粒和由此而产生的高浓度晶界是它的两个重要特征。 纳米晶粒中的原子排列已不能处理成无限长程有序， 通常大晶体的连续能带分裂 成接近分子轨道的能级， 高浓度晶界及晶界原子的特殊结构导致材料的力学性能、 磁性、介电性、超导性、光学乃至热力学性能的改变。纳米材料跟普通的金属、 陶瓷和其它固体材料都是由同样的原子组成， 只不过这些原子排列成了纳米级的 原子团，成为组成这些新材料的结构粒子或结构单元。 其常规纳米材料中的基本 颗粒直径不到 100 nm，包含的原子不到几万个。一个直径为 3 nm 的原子团包含 大约 900 个原子，几乎是英文里一个句点的百万分之一，这个比例相当于一条 300 多米长的帆船跟整个地球的比例。 二、纳米材料的特性 纳米材料是指物质的颗粒尺寸 100nm 的超微粉末，它的比表面积很大， 晶界处的原子数比率高达 15%～50%，一些科学家认为， 纳米材料不同于晶态与 非晶态，是物质的第三态固体材料，其种类很多，可分为金属、陶瓷、有机与无 机、复合纳米材料等。 纳米材料的特殊性能是由于纳米材料的特殊结构，使之产生四大效应， 即小尺寸效应、量子效应（含宏观量子隧道效应）、表面效应和界面效应，从而 具有传统材料所不具备的物理、化学性能。 1.纳米材料的表面效应 纳米材料的表面效应是